航空发动机涡轮转子结构寿命评估方法研究

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1、硕士学位论文航空发动机涡轮转子结构寿命评估方法研究RESEARCHONLIFEESTIMATIONMETHODOFAEROENGINETURBINEROTOR曹建中哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：V232学校代码：10213国际图书分类号：62密级：公开工学硕士学位论文航空发动机涡轮转子结构寿命评估方法研究硕士研究生：曹建中导师：齐乃明教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学硕士学位论文ClassifiedIndex:V232U.D.C:

2、62DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONLIFEESTIMATIONMETHODOFAEROENGINETURBINEROTORCandidate：CaoJianzhongSupervisor：Prof.QiNaimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,

3、2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要航空发动机中的涡轮转子结构包含叶片、轮盘以及连接叶盘的榫头/榫槽结构，是发动机最主要的结构件之一，属于高温、高负荷的典型热端部件，其可靠性与结构完整性对发动机而言具有十分重要的意义。根据航空发动机涡轮转子结构的设计特点和工作环境，结合国内外对寿命评估的研究成果，本文研究了发动机涡轮转子结构的寿命评估方法，具体内容如下：1.研究了低循环疲劳的基本理论及定寿方法。根据疲劳载荷谱的含

4、义和处理方法出发，以局部应力应变分析法为主要研究对象，明确了该方法的基本原理、计算流程和适用范围。2.以涡轮转子的中易产生高循环疲劳失效的涡轮叶片为主要对象，研究了高循环疲劳寿命理论及定寿方法。首先阐述了叶片的共振分析方法。在材料S-N曲线的基础上，确定了等幅载荷下高循环疲劳寿命的评估方法，在此基础上进一步介绍了复杂载荷作用下的疲劳累积损伤理论。3.针对热端部件的工作环境，研究了蠕变持久寿命分析方法。介绍了蠕变的基本概念以及蠕变寿命分析的基本方法，并根据国内外发动机研制经验，提出了涡轮结构抗蠕变设计要求和设计方法。4.针对某小型涡

5、扇发动机，采用三维流固耦合方法分析了涡轮结构的温度分布，并通过对涡轮结构进行整体建模，采用弹塑性有限元方法计算了结构的应力-应变。利用Larson-Miller方程计算蠕变寿命，然后采用MansonCoffin方程计算低循环疲劳寿命，并根据共振分析结果分析了高循环疲劳的影响，确定了榫齿齿根倒圆位置为寿命薄弱环节，最终给定了102次工作循环作为结构的预期寿命。关键词：涡轮转子；低循环疲劳；高循环疲劳；蠕变；寿命评估I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTurbinerotorstructurecomprisingblade

6、,diskandtenon/mortiseconnectingstructure,isoneofthemostimportantstructureonaircraftengine.Itisatypicalkindofhot-endcomponents,whichworksathightemperatureandhighloadenvironment.Thereliabilityandstructuralintegrityofturbineisofgreatsignificanceintermsoftheengine.Accordi

7、ngtodesigncharacteristicsandtheworkingenvironmentforturbinerotorstructure,combininglatestresearchresultonlifeassessment,thispaperstudiedthelifeestimationmethodofturbinerotorstructure,asfollows:1.Thebasictheoryoflow-cyclefatigueandlifepredictionmethodswasresearched.Acc

8、ordingtothemeaningandprocessingmethodsoffatigueloadspectrum,thepapertookthelocalstress-strainanalysisasthemainresearchobject